选修三二轮复习基因工程ppt课件.ppt

系统P111,一、基因工程的概念辨析,DNA重组技术或基因拼接技术,基因,DNA分子水平,生物类型,生物产品,（基因重组）,远缘杂交不亲和,定向改造,二、DNA重组技术的基本工具1.限制性核酸内切酶(也称“限制酶”):(1)来源:主要来自于_。(2)特点:具有专一性。识别双链DNA分子的某种_。切割特定核苷酸序列中的特定位点。(3)作用:断开每一条链中_的两个核苷酸之间的_。(4)结果:产生_或_。,原核生物,特定核苷酸序列,特定部位,磷酸二酯键,黏性末端,平末端,系统p112,2.DNA连接酶:(1)作用:将_ _“缝合”起来,恢复被_切开的两个核苷酸之间的_。(2)种类:,双链DNA片段,限制酶,磷酸二酯键,Ecoli,互补黏性末端,黏性末端,平末端,限制酶、DNA连接酶、聚合酶与解旋酶的比较:(1)相同点:都是作用于DNA分子中的化学键。(2)不同点:作用部位不同,前三者作用于磷酸二酯键,后者作用于氢键。,关注系统P114（一）,3.基因进入受体细胞的载体:,DNA分子,噬菌体,一个至多个限制酶切割位点，供外源基 因插入,标记基因，供重组DNA的鉴 定和选择,携带外源DNA片段进入受体细胞,三、基因工程的基本操作程序 的获取 _的构建 将_导入 ； 目的基因的_,基因表达载体,目的基因,检测与鉴定,目的基因,受体细胞,（核心）,进行个体生物学水平鉴定生物性状判断,基因表达载体的构建1.基因表达载体的功能:通过基因表达载体将_导入受体细胞。2、目的：使其在受体细胞中稳定存在，并可遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。,3.基因表达载体组成:,启动子,终止子终止转录,标记,目的基因,鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含目的基因的细胞筛选出来。,RNA聚合酶识别和结合的部位,【易错警示】6.启动子、终止子：(1)启动子(DNA片段)起始密码子(位于RNA上)。(2)终止子(DNA片段)终止密码子(位于RNA上)。,4.构建方法:,【易错警示】3.使用限制酶的注意点：(1)一般用同一种限制酶切割载体和获取目的基因。(2)不同的限制酶也能切割出相同的黏性末端。,(2)利用PCR技术扩增目的基因:含义:是一项在生物体外_的技术。原理:_。条件:_、DNA模板、_ _、四种脱氧核苷酸。,复制DNA片段,DNA双链复制,引物,过程:目的基因DNA受热_后解链为单链 _与单链相应互补序列结合在_作用下进行_重复循环多次,变性,引物,Taq酶,延伸,DNA聚合酶,变性复性延伸,dNTP,3.转化方法:(1)导入植物细胞:方法,_：双子叶植物或_植物基因枪法：_花粉管通道法,农杆菌转化法,裸子,单子叶植物,方法：_,显微注射技术(导入受精卵),(2)导入动物细胞,(3)导入微生物细胞方法:a.用_ _处理细胞,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态(这种细胞称为_ _)。b.感受态细胞吸收_ _。,重组表达载体DNA分子,Ca2+,感受态细胞,(3)目的基因表达与鉴定的“四个层面”,染色体DNA上,标记的DNA分子，即探针，是用带有放射性同位素的有特定序列的单链DNA。它能与自己互补配对的序列结合。,四、基因工程的应用,1.基因工程的应用,(1)动物基因工程：用于提高动物从而提高产品产量；用于改善畜产品品质；用转基因动物生产 ；用转基因动物作器官移植的等。(2)植物基因工程：培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物和转基因植物；利用转基因改良植物的。,生长速度,药物,供体,抗逆,品质,(3)比较基因治疗与基因诊断：,基因表达,正常基因,碱基互补配对,DNA探针,盲点判断,【盲点判断】1.限制酶只能用于切割目的基因所在的DNA片段.( ) 2.(2013安徽高考T6C)重组质粒与探针能进行分子杂交是因为DNA分子脱氧核糖和磷酸交替连接。( )3.要获得转基因植物,可选用植物的体细胞作受体细胞,然后通过组织培养技术获得;如果要获得转基因动物,可选用动物的体细胞作受体细胞,然后通过动物细胞培养技术获得。( )4.质粒是小型环状DNA分子,是基因工程常用的载体。( )5.用限制性核酸内切酶切割得到的人胰岛素基因,导入大肠杆菌细胞后能得到有效的表达。( ),也能用于切割载体,DNA分子杂交原理是相应碱基序列的互补配对,动物细胞不具全能性,蛋白质表达还需要特定的细胞器高尔基体、内质网等,而大肠杆菌中缺少这些细胞器,第二课时,2.蛋白质工程,(1)概念理解基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。操作：或基因合成。结果：改造了现有蛋白质或制造出。目的：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对进行分子设计。(2)蛋白质工程的设计流程,基因修饰,新的蛋白质,蛋白质结构,功能,蛋白,质结构,氨基,酸序列,脱氧核,苷酸序列,二、基因工程与蛋白质工程的比较,题组通关：2.(2015全国卷)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：,(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的_进行改造。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰_基因或合成_基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_的复制；以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_。,(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过_ 和_，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。,氨基酸序列,P,P1,DNA和RNA,DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译),设计蛋白质的结构,推测氨基酸序列,功能,P86典例1,【解题技法】关键词突破法1.点睛：(1)快速找出每道小题的“题眼”或关键词。(2)答题时一定要用专业术语或教材原话。,2.答题分析：(1)关键词1：目的蛋白。合成途径：RNA_受体细胞目的蛋白。作为抗原：可刺激机体产生抗体，抗体可与目的蛋白(抗原)_结合。,cDNA(或DNA),构建基因表达载体,特异性,【母题探究】借题猜押其他命题点押题点1：人工合成目的基因常用的方法有哪些？_。押题点2：基因工程常考热点：(1)基因工程的核心步骤是_。,化学合成法、反转录法和PCR扩增法,基因表达载体的构建,(2)常用工具。限制酶：获取_和切割_。DNA连接酶的种类：_连接酶和_连接酶。载体。a.能在细胞内_：稳定保存。b.具有切割位点：供_插入其中。c.具有_：供重组DNA的鉴定和选择。,目的基因,载体,EcoliDNA,T4DNA,自我复制,外源DNA片段,标记基因,【题组过关】1.(新题预测)下列是生物学技术制备抗体的两个途径模式简图。,(1)过程得到的Y细胞称为_。过程和得到的单克隆抗体最主要的优点是_。,(2)抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同，两者的空间结构是否相同？_，为什么？_。,(3)在基因表达载体中，启动子是_识别和结合的部位，它的作用是驱动V1基因的_。(4)质粒上的标记基因的作用是_。(5)过程要用到的主要酶是_。,杂交瘤细胞,特异性强、灵敏度高、并可大量制备,不同,抗体2形成过程没有经过内质网和高尔基体的加工，抗体1形成过程经过了内质网和高尔基体的加工,RNA聚合酶,转录,从而将有目的基因的受体细胞筛选出来,鉴别受体细胞中是否含有目的基因，,逆转录酶,3.(2016全国卷)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH和Sau3A三种限制性核酸内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。,根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)经BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被_酶切后的产物连接，理由是_。,(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有_，不能表达的原因是_。,Sau3A,两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端,甲和丙,目的基因不是在启动子和终止子之间，无法完成转录,【方法技巧】“四步法”解决基因工程操作程序题第一步“三辨”：分辨限制酶的种类、识别序列和切割位点。第二步“三找”：找出标记基因、目的基因及其插入位点。第三步“一析”：分析目的基因插入质粒后是否破坏了标记基因。,第四步“一理”：理清判断目的基因是否导入受体细胞的方法。一般用含有某种抗生素的培养基培养受体菌，如果有两种抗生素抗性基因，还需判断用哪一种抗生素来检测。,6.(2016全国卷)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH酶切后，与用BamH酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌，结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：,(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有_(答出两点即可)。而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。,能自我复制、具有标记基因,(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是_ ；并且_和_ 的细胞也是不能区分的，其原因是_。 在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有_的固体培养基。(3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自_。,二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长,含有质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒,二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长,四环素,受体细胞（宿主细胞）,4.(2016海南高考)基因工程又称为DNA重组技术，回答相关问题：(1)在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即_和从_中分离。,(2)利用某植物的成熟叶片为材料，同时构建cDNA文库和基因组文库，两个文库相比，cDNA文库中含有的基因数目比基因组文库中的少，其原因是_。,(3)在基因表达载体中，启动子是_聚合酶识别并结合的部位。若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生物是_。(4)将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基因的金属颗粒有_和_颗粒。,人工合成,生物材料,（课本P10）,cDNA文库中只含有叶细胞已转录的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因,RNA,大肠杆菌,金粉 钨粉,5.(2016天津高考)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值，只能从人血浆中制备。下图是以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径。,(1)为获取HSA基因，首先需采集人的血液，提取_合成总cDNA，然后以cDNA为模板，采用PCR技术扩增HSA基因。下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向，请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。,(2)启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体，需要选择的启动子是_(填写字母，单选)。A.人血细胞启动子B.水稻胚乳细胞启动子C.大肠杆菌启动子 D.农杆菌启动子,mRNA,B,(3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是_。(4)人体合成的初始HSA多肽，需要经过膜系统加工形成正确的空间结构才能有活性。与途径相比，选择途径获取rHSA的优势是_。(5)为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与_的生物学功能一致。,吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化,水稻细胞能对初始rHSA多肽进行加工，而大肠杆菌是原核生物，没有内质网、高尔基体等，不能对初始rHSA多肽进行加工。,天然的HSA,系统P119,限时训练 提升考能,2.(2015四川卷，9)将苏云金杆菌Bt蛋白的基因导入棉花细胞中，可获得抗棉铃虫的转基因棉，其过程如下图所示：(注：农杆菌中Ti质粒上只有T-DNA片段能转移到植物细胞中)。,(1)过程需用同种_酶对含Bt基因的DNA和Ti质粒进行酶切。为将过程获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来，应使用_培养基。(2)过程中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养，旨在让_ _ _进入棉花细胞；除尽农杆菌后，还须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养，目的是_。,限制,选择,T-DNA,筛选出含有目的基因的棉花细胞,(3)若过程仅获得大量的根，则应在培养基中增加_以获得芽；部分接种在无激素培养基上的芽也能长根，原因是_。(4)检验转基因棉的抗虫性状，常用方法是_。种植转基因抗虫棉能减少_的使用，以减轻环境污染。,细胞分裂素,芽顶端合成的生长素向基部运输，促进根的分化,投放棉铃虫,农药,1.(2015山东淄博模拟)农杆菌侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的TDNA插入到植物基因组中。图示为利用农杆菌培育转基因植物的基本流程，请据图作答：(1)剪除Ti质粒的某些片段、替换复制原点O与添加抗生素的抗性基因T的过程中，需用_ _处理DNA以防止DNA片段的自身环化，需用_ _“缝合”双链DNA片段的平末端。(2)目的基因是指编码蛋白质的结构基因和一些_ _。由过程形成的运载体中，目的基因的首端具有_ _识别和结合的部位。(3)过程常用_处理使农杆菌成为感受态细胞。在过程前，常采用_ _技术检测农杆菌和愈伤组织细胞中是否有目的基因及转录产物。(4)过程需对植物细胞做冲洗和_处理，然后用_ _去除细胞壁。,多种限制酶,T4DNA连接酶,具调控作用的因子,RNA聚合酶,Ca2,分子杂交,消毒,纤维素酶和果胶酶,2.下图是利用牛乳腺生产人生长激素的流程图，回答相关问题(1)图中B过程需要_酶。是_ _。含有启动子的是_ _(填“目的基因”或“目的基因”)。(2)大量扩增目的基因可采用的方法是_。(3)为牛的_，b过程常用的方法为_ 。图示过程中，为使人生长激素基因在牛乳腺细胞中表达，需将该基因与_ _等调控组件重组在一起。(4)检测人生长激素基因在牛的乳腺细胞中是否转录需用_法。,逆转录,cDNA文库,目的基因,PCR技术,受精卵,显微注射法,乳腺蛋白基因的启动子,分子杂交,3.(2015江苏单科，32节选)胰岛素A、B链分别表达法是生产胰岛素的方法之一。图1是该方法所用的基因表达载体，图2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示-半乳糖苷酶与胰岛素A、B链融合的蛋白)。请回答下列问题：(1)图1基因表达载体中没有标注出来的基本结构是_。(2)图1中启动子是_酶识别和结合的部位，有了它才能启动目的基因的表达；氨苄青霉素抗性基因的作用是_。(3)构建基因表达载体时必需的工具酶有_。,终止子,RNA聚合,将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来,限制酶和DNA连接酶,4.(2015吉林长春调研)某实验室通过基因工程成功培育出抗虫植物，其培育过程大致如图所示，请据图分析回答问题。(1)抗虫植物的培育过程中，目的基因是_。目前获取该基因的常用方法有_ _和_ _两种。(2)目的基因获取之后，需要构建_，启动子是_识别和结合的部位，有了它才能驱动目的基因转录。(3)图示将获取的目的基因导入植物细胞的方法为_ 法，通过DNA重组将目的基因插入植物细胞中_ 上。目的基因是否成功导入植物细胞，可以用_技术进行检测。如果操作中将该基因导入线粒体DNA中，将来产生的配子中_(填“一定”或“不一定”)含有抗虫基因。,抗虫基因,从基因文库中获取,利用PCR技术扩增,基因表达载体,RNA聚合酶,农杆菌转化,染色体DNA,DNA分子杂交,不一定,5.某二倍体植株的株高由等位基因G和g决定，GG为高秆，Gg为中秆，gg为矮秆。B基因是另一种植物的高秆基因，B基因与G基因在决定油菜的株高上有相同的效果，并且株高与这两种基因的数量呈正相关。如图是培育转基因油菜的操作流程。请回答下列问题：(1)图中的B基因称为_，获取该基因后常用_技术进行扩增。(2)步骤中用到的工具酶是_ _。图中将重组基因导入受体细胞的方法是_ _。目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键是检测_。(3)可用含_的培养基来筛选含有目的基因的油菜受体细胞。图示培育转基因油菜主要运用了转基因技术和_ _技术。,目的基因,PCR,DNA连接酶,农杆菌转化法,目的基因是否成功导入受体细胞的染色体DNA上,草丁膦,植物组织培养,跟进题组,1.(2015课标卷，40)生物选修3：现代生物科技专题,HIV属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体。回答下列问题：(1)用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时，可先提取HIV中的_，以其作为模板，在_ _的作用下合成_，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。(2)从受体细胞中分离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入机体后，刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是_，该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV，检测的原理是_。,(3)已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见，但是在艾滋病患者中却多发。引起这种现象的根本原因是HIV主要感染和破坏了患者的部分_细胞，降低了患者免疫系统的防卫功能。(4)人的免疫系统有_ _癌细胞的功能。艾滋病患者由于免疫功能缺陷，易发生恶性肿瘤。,RNA,逆转录酶,DNA,抗体,抗原抗体特异性结合,T,监控和清除,2.(2015全国卷，40)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：,(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的_进行改造。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰_基因或合成_基因，所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_的复制：以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过_和_，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对合成蛋白质的生物_进行鉴定。,氨基酸序列,P,P1,DNA和RNA,转录、逆转录、翻译,设计蛋白质的结构,推测氨基酸序列,功能,6.(2013上海高考T58D)质粒载体的复制和表达也遵循中心法则。( )7.(2011江苏高考T14A)蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质。( ),P210通关题2.(载体的特点和种类)如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图,据图回答下列问题。,(1)a代表的物质和质粒的化学本质都是_,二者还具有其他共同点,如_,_。(2)若质粒DNA分子的切割末端为 ,则与之连接的目的基因切割末端应为_;可使用_把质粒和目的基因连接在一起。(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为_,其作用是_。,(4)下列常在基因工程中用作载体的是()A.苏云金芽孢杆菌抗虫基因 B.土壤农杆菌中的RNA分子C.大肠杆菌的质粒 D.动物细胞的染色体,DNA,能够自我复制,具有遗传效应,DNA连接酶,标记基因,供重组DNA的鉴定和选择,C,书写时只需把黏性末端旋转180,然后写出即可,【加固训练】1.据图所示,有关工具酶功能的叙述不正确的是(),A.限制性核酸内切酶可以切断a处,DNA连接酶可以连接a处B.DNA聚合酶可以连接a处C.解旋酶可以使b处解开D.连接c处的酶可以为DNA连接酶,D,P212考点二【通关题组】(2014武汉模拟)下图是基因工程方法培育抗虫棉的过程。请回答相关问题：,(1)从苏云金芽孢杆菌的DNA上获取抗虫基因,需要用到的工具是_,此工具主要是从_生物中分离纯化出来的。(2)构建重组质粒时,常用Ti质粒作为载体,是因为Ti质粒上具有_,它能把目的基因整合到受体细胞的_ _上。(3)E过程是利用_ _技术完成的,要确定抗虫基因导入棉花细胞后,是否赋予了棉花抗虫特性,在个体生物学水平上还需要做_ _实验。(4)将目的基因导入植物细胞,除采用上图中的方法外,还可采用_法和花粉管通道法。,限制酶,原核,T-DNA,染色体DNA,植物组织培养,抗虫的接种,基因枪,